KCI등재
MgCl₂ 전처리를 이용한 표면개질을 통한 바이오차의 Congo red 흡착성능 향상
저자
발행기관
학술지명
대한환경공학회지(Journal of Korean Society of Environmental Engineers)
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발행연도
2020
작성언어
Korean
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KCI등재
자료형태
학술저널
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수록면
472-481(10쪽)
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목적: 본 연구에서는 다시마와 소나무를 MgCl2로 전처리하여 제조한 Mg-바이오차 복합재(다시마기반 KB-Mg 및 소나무 기반 PB-Mg)의 기본적인 물리・화학적 특성을 분석하고 음이온 염료인 Congo red (CR)에 대한 흡착제거성능을 평가하였다.
방법: 다시마 및 소나무 톱밥 60 g을 1 L의 0.1 M MgCl₂・6H₂O 용액에서 전처리하고 500℃에서 열분해하여 Mg-바이오차를 제조하였다. Mg-바이오차의 기본적인 물리・화학적 특성을 분석하였고, CR에 대한 흡착성능을 평가하기 위해 초기 pH에 따른 흡착성능, 흡착 동역학적 특성, 등온 흡착성능 등에 대한 실험을 수행하였다.
결과 및 토의: MgCl₂로 전처리하여 제조한 KB-Mg와 PB-Mg 표면에 Mg 화합물이 잘 분포되어 있었으며 주로 MgO 결정체로 존재하였다. Mg-바이오차 복합재는 일반 바이오차와 비교하여 모든 pH 영역(5 - 10)에서 CR에 대한 흡착 성능이 크게 증가하였다. 모든 바이오차의 CR에 대한 흡착 반응이 유사 2차 반응속도 모델에 가장 적합하였으며, 모든 바이오차의 등온 흡착성능 특성은 Langmuir 모델이 가장 적합하였고 KB-Mg와 PB-Mg의 CR에 대한 Langmuir 최대 흡착성능은 각각 423.0 mg/g, 394.7 mg/g이었다. Mg-바이오차의 CR 흡착에 대한 주요 기작은 CR과 바이오차 간의 정전기 인력으로 판단된다.
결론: 본 연구는 MgCl₂를 이용하여 바이오차의 CR에 대한 흡착 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 보여주었으며, 본 연구에서 제조한 KB-Mg 및 PB-Mg의 CR 흡착제거에 대한 높은 잠재력을 보여주었다.
Objectives : The physicochemical characteristics of Mg-biochar composites derived from kelp and pine after pretreatment with MgCl₂ were analyzed, and their adsorption capacities for an anionic dye, Congo red (CR), were evaluated.
Methods : After pretreating 60 g of kelp and pine sawdust in 1 L of 0.1 M MgCl₂・6H₂O, the raw materials were pyrolyzed at 500℃ to produce Mg-biochar composites (kelp based KB-Mg and pine based PB-Mg). The fundamental physicochemical characteristics of the Mg-biochar composites were examined, and their adsorption capacities for CR were investigated using different initial pH values, adsorption kinetic models, and adsorption isotherm models.
Results and discussion : The Mg-biochar composites showed the development of uniform deposits of Mg minerals primarily as MgO crystal on the surface by the surface modification with MgCl₂. When the pristine biochars were surface-modified with MgCl₂, their adsorption capacities for CR were significantly increased over the entire pH range tested. The CR adsorption process by all biochars was best described with the pseudo-first order kinetics model, and the adsorption isotherm characteristics were better described with the Langmuir isotherm model for all biochars. The Langmuir maximum adsorption capacities for KB-Mg and PB-Mg were 423.0 mg/g and 394.7 mg/g, respectively. It is suggested that the main mechanism for CR adsorption on the Mg-biochars is electrostatic attraction between CR and the biochars.
Conclusions : The results showed that surface modification with MgCl2 could greatly enhance the CR adsorption capacity of biochars, and the results demonstrated the great potential of KB-Mg and PB-Mg for CR removal.
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